Физика атомного ядра и элементарных частиц Состав

Физика атомного ядра и элементарных частиц

Состав и характеристики атомных ядер

ЯДРО НУКЛОНЫ нейтроны протоны nucleus - ядро

Количество нуклонов называют массовым числом А Количество протонов называют зарядовым числом Z Количество нейтронов N Эта формула отражает состав ядра

Обозначение ядра Например: ядро гелия – альфа-частица ядро водорода – протон ядро изотопа лития с четырьмя нейтронами

Изотопы Изотопами называются атомы с одинаковым зарядовым числом Z, но отличающиеся массовым числом (т. е. числом нейтронов). радиоактивные устойчивые Наиболее устойчивы ядра с четными числами протонов и нейтронов ( и др. )

Энергия связи Между нуклонами действуют ядерные силы притяжения, во много раз превосходящие кулоновские силы отталкивания, поэтому для разрушения ядра нужно затратить энергию – энергию связи

Удельная энергия связи Удельной энергией связи в ядре называют энергию, приходящуюся на один нуклон:

Зависимость удельной энергии связи от числа нуклонов Последний природный элемент

Зависимость удельной энергии связи от числа нуклонов В этой области энергетически более выгодны реакции слияния легких ядер – термоядерная энергия В этой области энергетически более выгодны Последний реакции деления природный тяжелых ядер – элемент атомная энергия Термоядерная энергия в расчете на один нуклон в несколько раз превышает атомную.

Радиоактивность и ядерные реакции

Радиоактивность – самопроизвольное испускание ядром одной или нескольких частиц, сопровождающееся его превращением в другое ядро (или переходом в другое состояние). Основные виды радиоактивности – распады

Альфа-распад – радиоактивное превращение ядра, при котором испускается ядро гелия, которое называют альфа- частицей. Альфа- распад наблюдается только у тяжелых ядер с энергией - частиц 4÷ 9 Мэ. В.

Бета-распад – радиоактивное превращение ядра, в котором протон переходит в нейтрон (или наоборот) и участвуют электроны (или позитроны) и нейтрино (антинейтрино). Типы бета-распада Электронный бета-распада Позитронный бета-распада Электронный К-захват

Типы бета-распада (примеры) Электронный бета-распада Позитронный бета-распада Электронный К-захват Важным отличием бета-распадов от других видов радиоактивности является, то, что они затрагивают не все ядро, а представляют акт превращения одного нуклона в другой по схемам соответственно:

Гамма – распад – наблюдается при переходах возбужденного ядра на более низкие энергетические уровни без изменения массового числа А и зарядового числа Z, но с испусканием фотона.

Ядерная реакция – процесс перестройки ядра вида Ядерные реакции сопровождаются перестройкой ядра т. е. могут происходить только при сближении вступающих в реакцию частиц до расстояния, меньшего радиуса ядерного взаимодействия

Закон радиоактивного распада Скорость распада ядер зависит как от количества нераспавшихся ядер, так и от вида материала. В результате радиоактивного распада количество нераспавшихся ядер уменьшается.

Закон радиоактивного распада Разделим переменные: и проинтегрируем

Закон радиоактивного распада Теперь потенцируем

Закон радиоактивного распада Окончательно получаем: Этой формулой определяется количество нераспавшихся ядер

Закон радиоактивного распада – постоянная распада – среднее время жизни ядра

Закон радиоактивного распада Введем время полураспада, за которое распадается ровно половина ядер

Закон радиоактивного распада Введем время полураспада, за которое распадается ровно половина ядер

Закон радиоактивного распада Прологарифмируем: Тогда

Элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия

Тип взаимодействия Переносчик взаимодействия Сильное глюон, g Электромагнитн фотон, ое Слабое промежуточный бозон, Гравитационное гравитон Относительный Радиус параметр взаимодействия, «силы» м взаимодействия ~ 1 10 -15 ~10 -8 10 -18 ~10 -15

Элементарные частицы адроны – частицы участвующие в сильных взаимодействиях лептоны – частицы не участвующие в сильном взаимодействии фундаментальные бозоны – частицы переносчики взаимодействия В электромагнитном взаимодействии участвуют все частицы, обладающие электрическим зарядом, а в гравитационном – частицы обладающие массой

адроны Открыто около 400 адронов Частица Электрический заряд К ва р ки спин кварковая барионный структура заряд u +2/3 1/2 1/3 d -1/3 1/2 1/3 p +1 1/2 (u, u, d) 1 n 0 1 0 -1 1/2 0 0 0 (u, d, d) 1 0 0 0

лептоны лептон ы спин заряд электрон (позитрон) 1/2 -1 +1 лептонный заряд +1 -1 электронное нейтрино 1/2 0 0 +1 -1 мюон 1/2 -1 +1 +1 -1 мюонное нейтрино 1/2 0 0 +1 -1 тау-лептон 1/2 -1 +1 +1 -1 таунейтрино 1/2 0 0 +1 -1 Время жизни, с

Примеры тестовых вопросов

Примеры тестовых вопросов

Примеры тестовых вопросов

Примеры тестовых вопросов

Примеры тестовых вопросов

Примеры тестовых вопросов

Примеры тестовых вопросов